解析鋼軌矯直斷裂原因

梁偉

摘要：隨著我國(guó)建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，經(jīng)濟(jì)水平得到顯著提升，這其中交通運(yùn)輸發(fā)揮了不可磨滅的作用，尤以鐵路運(yùn)輸線最為重要。鐵路運(yùn)輸線路的安全可靠為經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，質(zhì)量上乘、性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)鋼為鐵路線路的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。但鋼軌在矯直過(guò)程中由于各種各樣的原因發(fā)生斷裂情況，為鋼軌的加工冶煉提出了技術(shù)難題，使鐵路事業(yè)的發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。本文以貝氏體鋼軌、道岔軌和異型鋼軌為例，解析鋼軌在矯直過(guò)程中發(fā)生斷裂的原因。

關(guān)鍵詞：鋼軌;矯直斷裂;原因

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與融合，交通在得到大發(fā)展的同時(shí)也在面臨著新挑戰(zhàn)，在二十一世紀(jì)解決交通問(wèn)題最有效的方式還是大力發(fā)展鐵路運(yùn)輸，尤其是高鐵和地鐵，鐵路線具有高效率、高速度、大容量、安全性、舒適性等無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。但鐵路事業(yè)發(fā)展也存在著諸多問(wèn)題，矯直斷裂便是其中之一，本文以貝氏體鋼軌、道岔軌、異型鋼軌為例著重分析其斷裂原因，為鋼軌加工工藝提供發(fā)展新空間。

1.晶間脆性導(dǎo)致脆性斷裂

鋼軌的斷裂處通常較為平坦，沒(méi)有凹凸起伏，斷面放射線明顯，放射紋路起源于軌頭的不同位置，斷口附近沒(méi)有異常塑性變形，屬于脆性斷裂斷口[1]?？萍己徒?jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)鐵路運(yùn)輸速度提出了新要求，同時(shí)對(duì)高強(qiáng)度鋼軌的需求也日益增加，貝氏體鋼軌的高強(qiáng)度、高韌性和高抗拉強(qiáng)度是適應(yīng)當(dāng)前鐵路發(fā)展的不二之選 。但貝氏體鋼軌在矯直過(guò)程中發(fā)生斷裂現(xiàn)象，通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其斷裂原因?yàn)榇嘈詳嗔选?/p>

1.1 檢驗(yàn)分析

采用電子顯微鏡掃描斷口觀察可知，斷口附近含有大量復(fù)合夾雜物，斷裂口附近呈沿晶特征，且斷面處存在大量二次沿晶裂紋痕跡。通過(guò)金相檢測(cè)可以看出，貝氏體鋼軌斷面裂紋處均為馬氏體和貝氏體，還有大量沿晶裂紋，而遠(yuǎn)離裂紋處顯微組織則為少量貝氏體和馬氏體。

1.2 綜合分析

鋼軌矯直過(guò)程中發(fā)生多處斷裂，通過(guò)微觀分析和金相檢測(cè)可以看出斷裂原因起源于軌頭部位的脆性斷裂，顯微鏡觀察可知斷裂形式為沿晶脆性斷裂。金相檢測(cè)得出斷裂處的顯微組織中含有大量針狀馬氏體，導(dǎo)致斷裂部位硬度高于其他部位，說(shuō)明鋼軌軌頭斷裂處存在大量馬氏體的晶間脆性是導(dǎo)致斷裂的最主要原因。綜上所述，由于鋼軌軌頭馬氏體晶間脆性的作用，導(dǎo)致鋼軌在矯直時(shí)，從脆性集中部位的夾雜物處開(kāi)始斷裂，裂紋沿脆性晶界擴(kuò)散最終導(dǎo)致斷裂。

1.3 結(jié)論與建議

分析可知，大量馬氏體夾雜物集中的晶間脆性是導(dǎo)致斷裂的主要原因，當(dāng)鋼軌收到外力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，斷裂由裂紋始逐漸擴(kuò)展形成鋼軌脆性斷裂。為避免鋼軌的這種斷裂形式，可以從提高鋼的純凈度和冶煉工藝入手，根據(jù)鋼材的尺寸和環(huán)境溫度調(diào)整冷卻工藝。

2.熱工藝不當(dāng)導(dǎo)致氧化斷裂

熱加工工藝的不成熟是導(dǎo)致鋼軌矯直過(guò)程中斷裂的一大因素。以道岔軌為例，具體分析熱加工不當(dāng)使得鋼軌部分部位氧化嚴(yán)重最終導(dǎo)致鋼軌斷裂。

2.1 檢驗(yàn)分析

通過(guò)觀察鋼軌斷裂面形貌可知：斷裂口附近出現(xiàn)分層和裂縫，斷口處顯微組織晶粒粗大，分層處表面比較粗糙，呈朽木狀。金相檢測(cè)得出斷口周?chē)忻撎?，斷口表面覆蓋較厚的氧化膜[2]，經(jīng)過(guò)化學(xué)成分分析可知其主要化學(xué)成分為氧化鐵。

2.2 綜合分析

從檢驗(yàn)結(jié)果分析得出，矯直斷裂斷口處表面覆蓋較厚的氧化膜，其斷裂形貌呈朽木狀，斷口晶粒粗大，氧化嚴(yán)重，裂紋周?chē)忻黠@的脫碳現(xiàn)象，種種分析結(jié)果表明斷裂原因與加熱溫度相關(guān)。以道岔軌為例，加熱工藝大多采用感應(yīng)加熱，用3到4分鐘的時(shí)間將鋼軌從850攝氏度加熱到1210攝氏度，由于加熱時(shí)間過(guò)短而升溫速度要求高，必然導(dǎo)致鋼軌表面氧化，鋼軌內(nèi)部溫度偏低的情況發(fā)生。因此，在矯直過(guò)程中出現(xiàn)斷裂，斷口處分層，晶體粗大等現(xiàn)象。

2.3 結(jié)論與建議

加熱工藝不當(dāng)是導(dǎo)致鋼軌矯直斷裂的原因之一，鋼軌內(nèi)外部受熱不均勻，導(dǎo)致部分氧化嚴(yán)重，在外力作用下，容易產(chǎn)生斷裂。建議在冶煉鋼軌時(shí)，根據(jù)不同種類(lèi)的鋼種采取不同的加熱工藝，降低鋼軌斷裂可能性，增加生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材的概率，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)添磚加瓦。

3.軌腰次表層缺陷導(dǎo)致斷裂

鋼軌加熱過(guò)程中，加熱溫度過(guò)高，軌腰表層部分區(qū)域發(fā)生沿晶氧化現(xiàn)象，在矯直過(guò)程中，由于軌腰表層受拉應(yīng)力作用，沿晶氧化部位容易產(chǎn)生裂紋，隨之的矯直過(guò)程中，軌腰三點(diǎn)彎曲受力，裂紋處集中受力致使裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致鋼軌斷裂[3]。

3.1 檢驗(yàn)分析

以異型鋼為例，觀察斷口形貌，斷口銹蝕嚴(yán)重且分為兩個(gè)部分：原始缺陷部分和重新起裂擴(kuò)展部分，電鏡分析得出斷口處沒(méi)有明顯夾雜物出現(xiàn)。金相檢測(cè)結(jié)果表明，裂紋裂縫中有大量呈網(wǎng)狀分布的氧化鐵等氧化物，且周?chē)嬖谳^多珠光體組織，裂紋有沿晶特征。

3.2 綜合分析

由斷口銹蝕嚴(yán)重可知裂紋起源于鋼軌軌腰一側(cè)表層，后逐漸向軌腰里側(cè)橫向擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。軌腰表層的原始缺陷處和次表層的斷裂處都沒(méi)有聚集物，可知斷裂與冶煉質(zhì)量無(wú)關(guān)，導(dǎo)致其斷裂的直接原因是矯直前軌腰次表層缺陷。矯直前的軌腰次表層已經(jīng)有缺陷，在矯直過(guò)程中軌腰三點(diǎn)受力導(dǎo)致缺陷處集中受力，產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展成鋼軌斷裂。裂紋處有沿晶特征且出現(xiàn)氧化物，說(shuō)明原始缺陷是由于加熱溫度過(guò)高，導(dǎo)致過(guò)高沿晶氧化，造成晶間結(jié)合力降低，在矯直中產(chǎn)生斷裂。

3.3 結(jié)論與建議

軌腰次表層微裂缺陷使得在矯直時(shí)鋼軌三點(diǎn)集中受力，微裂擴(kuò)展導(dǎo)致鋼軌斷裂。建議在冶煉鋼軌時(shí)，著重提高冶煉技術(shù)，控制好加熱溫度，降低鋼軌軌腰缺陷出現(xiàn)的可能性，提高鋼軌韌性和可抗拉能力，鍛造優(yōu)質(zhì)鋼軌，為鐵路的發(fā)展提供先機(jī)。

4.結(jié)語(yǔ)

世界鐵路的發(fā)展在本世紀(jì)邁入一個(gè)新的紀(jì)元，具有高技術(shù)的鐵路運(yùn)輸在全球受到愈來(lái)愈高的追捧，以日本新干線列車(chē)為代表的新型客車(chē)和重載列車(chē)的問(wèn)世，向世人展示了高科技現(xiàn)代化鐵路的迷人風(fēng)采以及廣闊的發(fā)展前景。解決好鐵路運(yùn)輸面臨的問(wèn)題是促進(jìn)國(guó)家各方面發(fā)展的重要契機(jī)，其中鐵路鋼軌作為鐵路運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)，其質(zhì)量的好壞決定了鐵路運(yùn)輸?shù)南冗M(jìn)性，同時(shí)，一定程度上適應(yīng)了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。

參考文獻(xiàn)：

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